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Die
Erfindung betrifft ein optisches System wie beispielsweise eine
Beleuchtungseinrichtung in einer Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiterlithographie. Derartige optische Systeme bestehen üblicherweise
aus einzelnen Modulen, die jeweils für sich optische oder
auch mechanische Komponenten enthalten und als bauliche Einheiten
realisiert sind. Die genannten optischen Module werden üblicherweise
von einer lastabtragenden Struktur aufgenommen, deren Funktion die
mechanische Halterung der einzelnen optischen Module ist; üblicherweise
erfolgt die Lagerung bzw. Halterung der einzelnen Module isostatisch,
sodass die Module entkoppelt von Deformationen, Momenten bzw. von
thermischen Einflüssen gelagert sind. Ferner sind in der
Regel auf der lastabtragenden Struktur Referenzflächen
angeordnet, die zusammenwirkend mit korrespondierenden Referenzflächen
auf den optischen Modulen eine genaue Positionierung der Module
sicherstellen soll.
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Allerdings
ergeben sich mit steigenden Anforderungen an die Genauigkeit der
Positionierung der optischen Module zueinander, insbesondere aufgrund
der nachfolgend beschriebenen beiden Problematiken, erhebliche Schwierigkeiten.
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Zum
Einen ist die Fertigungs- und Justagegenauigkeit der Referenzflächen,
insbesondere auf der lastabtragenden Struktur begrenzt. In aktuellen Systemen
können die Referenzflächen der lastabtragenden
Struktur nicht mehr prozesssicher mit den notwendigen Toleranzen
bereitgestellt werden.
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Zum
Anderen führt der Einfluss der Gravitation auf die lastabtragende
Struktur aufgrund der erheblichen Massen der optischen Module zu
einer durch Biegung der lastabtragenden Struk turen damit zu Fehlern
in der Positionierung der optischen Module zueinander. Zwar kann
beispielsweise bei der Auslegung einer Beleuchtungseinrichtung für
die Halbleiterlithographie unter der Annahme bekannter Massen der
optischen Module die voraussichtliche Deformation der lastabtragenden
Struktur bereits im Vorfeld bestimmt und damit vorbeugend kompensiert werden,
jedoch verbleibt die Problematik, dass sich die Deformation der
lastabtragenden Struktur bei einem Wechsel der Systemkonfiguration,
insbesondere bei einem Austausch einzelner optischer Module ändert.
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Im
Ergebnis führen die oben beschriebenen Problematiken zu
einem erheblichen Aufwand im Zusammenhang mit der Nachjustage optischer
Module im optischen System.
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Ein
Ansatz zur Lösung der beschriebenen Problematik ist beispielsweise
in dem
US-Patent US 6
864 988 B2 , das auf die Anmelderin zurückgeht, beschrieben.
In der genannten Schrift wird ein optisches System mit mehreren
optischen Modulen beschrieben, das eine lastabtragende Struktur
aufweist, die die von den optischen Modulen ausgehenden Kräfte
ableitet. Darüber hinaus ist in der genannten Schrift eine
unabhängig von der lastabtragenden Struktur ausgebildete
Messstruktur offenbart.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System
anzugeben, das verbesserte Möglichkeiten der Justierung
einzelner optischer Module zueinander, insbesondere auch nach Fertigstellung
bzw. Endmontage des optischen Systems, also im Betrieb, gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch das optische System mit den in Anspruch 1 ausgeführten
Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Varianten und Weiterbildungen der Erfindung.
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Das
erfindungsgemäße optische System, wie beispielsweise
eine Beleuchtungseinrichtung in einer Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiterlithographie, zeigt mehrere optische Module, die auf eine
lastabtragenden Struktur angeordnet sind, wobei die lastabtragende
Struktur die von den optischen Modulen ausgehenden Kräfte
ableitet. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine
unabhängig von der wenigstens einen lastabtragenden Struktur
ausgebildete Messstruktur vorgesehen, wobei die Messstruktur eine
zusammenhängende, ebene Referenzfläche aufweist,
die sich parallel zur optischen Achse des Systems mindestens entlang
zweier optischer Module erstreckt. Dabei kann es sich bei den optischen Modulen
beispielsweise um ein Zoom-Axikon zur Formung der Pupille oder auch
um ein sogenanntes REMA(Reticle Masking)-Objektiv handeln, das die Blenden
der Beleuchtungseinrichtung auf das darunter liegende Reticle abbildet,
sodass ein scharf begrenztes Beleuchtungsfeld entsteht. Selbstverständlich
ist es auch denkbar, dass ein optisches Modul lediglich ein einziges
optisches Element wie beispielsweise eine Linse oder einen Spiegel
enthält.
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Die
Verwendung einer ausgedehnten ebenen, zusammenhängenden
Referenzfläche hat dabei den Vorteil, dass sich eine derartige
Fläche produktionstechnisch vergleichsweise einfach realisieren lässt,
beispielsweise durch das Beschleifen einer vorgefertigten Grundstruktur.
Eine Bearbeitung mehrerer Referenzflächen, die unterschiedlich
orientiert sind, ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Messstruktur
in der Regel nicht erforderlich, sodass sich der Aufwand zur Realisation
der Messstruktur in Grenzen hält.
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Die
Referenzfläche kann sich entlang aller optischer Module
des Systems erstrecken oder auch segmentiert sein, das heißt,
dass mehrere Referenzflächen entlang der optischen Module
des Systems angeordnet sind.
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Insbesondere
bei Beleuchtungseinrichtungen für Projektionsbelichtungsanlagen
der Halbleiterlithographie verläuft die optische Achse
des Systems mindestens teilweise in der Horizontalen. Dabei wird unter
der Horizontalen die orthogonal zur Schwerkraftrichtung verlaufende
Richtung verstanden.
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Dabei
ist es vorteilhaft, wenn der Normalenvektor der Referenzfläche
in Richtung der Vertikalen, d. h. in Richtung der Wirkung der Gravitationskraft, zeigt.
Die genannte Ausrichtung der Referenzfläche hat insbesondere
den Vorteil, dass eine eventuelle Positionsänderung von
optischen Modulen in Richtung der Gravitation, die beispielsweise
durch ein Durchhängen der lastabtragenden Struktur verursacht
sein kann, durch die Vermessung des Abstandes von Referenzflächen
an den optischen Modulen zu der Referenzfläche der Messstruktur
auf besonders einfache Weise ermittelt werden kann.
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Darüber
hinaus kann es vorteilhaft sein, eine weitere Referenzfläche
auf der Messstruktur vorzusehen, deren Normalenvektor in Richtung
der Horizontalen zeigt, die also mit anderen Worten entlang der
Schwerkraftrichtung verläuft. Eine derartige Referenzfläche
gewährleistet die Detektion von Abweichungen der Ausrichtung
der optischen Module in der Horizontalen.
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Zur
Korrektur der Position der optischen Module können Stellglieder
vorgesehen sein, die beispielsweise als Piezoaktuatoren oder auch
als Lorentzaktuatoren ausgebildet sein können. Die Stellglieder
eröffnen insbesondere die Möglichkeit, die Justage
der Module zueinander während des Betriebes des optischen
Systems vorzunehmen, um Abweichungen in der Positionierung der Module,
die beispielsweise auf thermische Effekte oder Vibrationen zurückgehen,
zu kompensieren. Ebenso lassen sich auf diese Weise Positionsänderungen,
die auf den Austausch einzelner Module im System zurückgehen,
ausgleichen, ohne dass eine aufwendige manuelle Neujustage des Systems
erforderlich wird. Die Aktuatoren bzw. Stellglieder können
als separate Submodule realisiert sein oder auch ganz oder teilweise
in die lastabtragende Struktur integriert sein. Eine Integration
in die lastabtragende Struktur hat dabei insbesondere den Vorteil,
dass Bauraum eingespart werden kann, wobei eine Realisation der
Stellglieder als separate Submodule die Möglichkeit eröffnet,
die Stellglieder bei Änderungen der Konfiguration oder
im Fall von Defekten auf einfache Weise auszutauschen.
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Bei
der lastabtragenden Struktur kann es sich um eine mehrteilige oder
auch eine monolithisch, also einstückig ausgebildete Tragstruktur
handeln, die Messstruktur wird in vorteilhafter Weise aus einem
gegenüber thermischen Änderungen vergleichsweise
unempfindlichem Material, wie beispielsweise Zerodur, ausgebildet.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der 1 bis 3 näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Beleuchtungsseinrichtung für ein Projektionsobjektiv einer
Projektionsbelichtungsanlage der Halbleiterlithographie nach dem
Stand der Technik;
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2 eine
Beleuchtungseinrichtung, bei dem erfindungsgemäß eine
mechanisch entkoppelte Messstruktur vorhanden ist;
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3 eine
Beleuchtungseinrichtung, bei dem die lastabtragende Struktur aus
mehreren Teilstrukturen gebildet ist; und
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4 eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie,
in die das beschriebene optischen System integriert ist.
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1 zeigt
eine Beleuchtungseinrichtung 10 für die Halbleiterlithographie
nach dem Stand der Technik. Die optischen Module 1 sind
dabei mittels der Halterungen 4 und der Stellelemente 3 auf
der lastabtragenden Struktur 2 angeordnet. Deutlich erkennbar
in 1 ist der Einfluss der mittels der Pfeile fG dargestellten Gravitationskraft auf die
Gesamtstruktur; die lastabtragende Struktur 2 biegt sich
aufgrund des Einflusses der Gravitationskraft durch und die Ausrichtung
der optischen Module 1 zueinander ist hierdurch beeinträchtigt.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
optischen Systems 10. Das erfindungsgemäße
optische System 10 zeigt die Messstruktur 5 mit
einer Referenzfläche 7, gegenüber der mittels
der an den optischen Modulen 1 angeordneten Referenzflächen 6 die
Position der optischen Module 1 bestimmt wird. Dadurch,
dass die Messstruktur 5 von den übrigen Komponenten
des optischen Systems 10, insbesondere von der lastabtragenden Struktur 2 mechanisch
entkoppelt angeordnet ist, ergibt sich die Möglichkeit,
die Position der einzelnen optischen Module 1 gegeneinander
nahezu ohne den Einfluss von gravitationsinduzierten Verformungen zu
messen. Die Stellglieder 3 gewährleisten dabei auf
Basis der Vermessung der Referenzflächen 6 gegenüber
der Referenzfläche 7 der Messstruktur 5 die korrekte
Positionierung der optischen Module 1 zueinander und damit
das einwandfreie Funktionieren des als Beleuchtungseinrichtung für
ein Projektionsobjektiv der Halbleiterlithographie ausgebildeten
optischen Systems 10. Nicht bezeichnet in 2 ist eine
zusätzliche Referenzfläche, die im wesentlichen orthogonal
zur ersten Referenzfläche 7 in der Zeichnungsebene
entlang mindestens zweier optische Module verläuft.
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3 zeigt
eine Variante des erfindungsgemäßen optischen
Systems 10, in der die lastabtragende Struktur 2 als
segmentierte Struktur mit den beiden Teilstrukturen 2' und 2'' realisiert
ist. Zur Justage des erfindungsgemäßen Systems 10 kommt
dabei das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Anwendung:
Zunächst
werden die optischen Module 1 auf der lastabtragenden Struktur 2 grob
vorpositioniert und fixiert. Nachfolgend wird die Position der optischen Module 1 relativ
zur Messstruktur 5 bestimmt und aus dem Ergebnis dieser
Bestimmung werden die notwendigen Verschiebungsvektoren der einzelnen
optischen Mo dule 1 berechnet. Nachfolgend wird unter Verwendung
der Stellglieder 3 das optische System, also im vorliegenden
Fall die Beleuchtungseinrichtung 10 einjustiert.
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In 4 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 31 für die Halbleiterlithographie,
in die das beschriebene optischen System 10 integriert
ist, dargestellt. Die Anlage dient zur Belichtung von Strukturen auf
ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches
im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als
Wafer 32 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen,
wie z. B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 31 besteht dabei im wesentlichen
aus einem als Beleuchtungseinrichtung 10 ausgebildeten
optischen System, einer Einrichtung 34 zur Aufnahme und
exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, eines
sogenannten Reticles 35, durch welches die späteren
Strukturen auf dem Wafer 32 bestimmt werden, einer Einrichtung 36 zur
Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 32 und
einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 37,
mit mehreren optischen Elementen 38, die über
Fassungen 39 in einem Objektivgehäuse 40 des
Projektionsobjektives 37 gelagert sind.
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Das
grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die
in das Reticle 35 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 32 abgebildet
werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 32 in Pfeilrichtung
weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 32 eine Vielzahl
von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 35 vorgegebenen Struktur,
belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des
Wafers 32 in der Projektionsbelichtungsanlage 31 wird
diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 10 stellt einen für die
Abbildung des Reticles 35 auf dem Wafer 32 benötigten
Projektionsstrahl 41, beispielsweise Licht oder eine ähnliche
elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese
Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die
Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 10 über
optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 41 beim
Auftreffen auf das Reticle 35 die gewünschten Eigenschaften
hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und
dergleichen aufweist.
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Über
die Strahlen 41 wird ein Bild des Reticles 35 erzeugt
und von dem Projektionsobjektiv 37 entsprechend verkleinert
auf den Wafer 32 übertragen, wie bereits vorstehend
erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 37 weist
eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven
optischen Elementen 38, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten
und dergleichen auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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